区域多制式轨道交通运输组织协同模式研究

彭其渊，罗 洁，文 雯，文 超,3

区域多制式轨道交通运输组织协同模式研究

彭其渊1,2，罗 洁1，文 雯1，文 超1,2,3

（1. 西南交通大学，交通运输与物流学院，成都 611756；2. 综合交通运输智能化国家地方联合工程实验室，成都 611756；3. 滑铁卢大学，铁路研究中心，滑铁卢 N2L3G1）

采取适宜的运输组织协同模式是提升区域轨道交通系统总体效能和服务质量的重要保障。本文总结了国外部分典型区域轨道交通运输组织协同发展的特征和国内区域多制式轨道交通的发展情况，分析了协同运输组织的主要需求。在此基础上，划分了衡量多制式轨道交通运输组织协同程度的四个等级，提出了完全独立、信息共享、合作协同、主辅协同以及一体化运输组织五种协同模式，阐明了每种模式的协同形式及决策流程，分析了区域轨道交通协同运输处于不同发展阶段下适宜的协同模式，为我国区域多制式轨道交通一体化发展提供了理论基础。

多制式轨道交通；运输组织；协同等级；协同模式

0 引 言

高铁、普速铁路、城际铁路、市域铁路以及城市轨道交通之间的换乘客流量激增，旅客期望运营者提供便捷的出行服务，运营主体期望能高效利用路网运能。各制式轨道交通由运营管理基本相互独立的局面，逐渐朝着轨道交通一体化发展，以满足旅客日益增长的高质量服务需求以及复合路网运能高效利用的需求。这些需求的满足与制式间的协同程度直接相关，协同程度越高，服务质量越高、路网效能利用越充分。协同程度可以通过协同等级刻画，实现的具体方式需通过运输组织协同模式阐述，包括线网规划建设、运力资源配置、信息共享、应急响应与安全保障、管理机制等一系列内容的选择与决策。最终各制式协同效果很大程度上取决于对运输组织协同模式的选择。

针对多制式轨道交通复合系统的研究主要包括以下方面：在线网规划建设方面，全永燊等[1]总结了当前区域轨道交通发展规划中存在的问题，并提出了相应的解决对策；王兴举等[2]提出轨道交通一体化是京津冀交通一体化发展的重点，通过完善多层次轨道交通网络，共享轨道交通资源，实现高效运营管理。在运输组织模式方面，我国客运专线不同网络形态下的运输组织模式一直是研究的重点[3-6]，刘鹏[7]对城际轨道交通网络化运营下换乘节点的选择进行了研究；房霄虹[8]研究了城市轨道交通成网条件下不同线路之间运输组织协调的问题。对于不同制式轨道交通间的衔接模式问题，Cai Jingjing等[9]研究了都市区范围内的轨道交通衔接方式；李松峰[10]分析了多层次轨道交通两种衔接模式的选择条件；杨红[11]研究了利用国铁既有线富余能力参与城市交通运输的问题，并针对不同线路的实际情况给出了参与形式的建议。

既有研究主要关注单一制式轨道交通的运输组织模式，研究包括跨线列车开行、快慢车开行、列车交路等问题。对于区域多制式轨道交通，主要侧重于多制式轨道交通复合系统的一体化规划与建设，部分研究涉及跨制式轨道交通间的衔接模式问题，但鲜有研究多制式轨道交通运输组织协同模式的文献。相比于单一网络、单一制式，区域轨道交通跨制式的旅客出行需求及其“多网-四域-多功能”的复合网络特性，都对区域轨道交通协同运输组织提出了更高的要求。本文在总结世界轨道交通协同运输组织发展特征的基础上，结合国内轨道交通发展情况，分析了运输组织协同的主要需求，并提出了运输组织可采用的协同模式，通过提高轨道交通运输组织协同程度，提升路网总体效能与服务水平。

1 世界轨道交通协同运输组织的发展特征

东京都市圈、巴黎都市圈等区域经过近百年的发展，经历了制式的出现、更迭调整和发展壮大，逐渐形成了成熟的轨道交通复合网络和运营管理体系。分析其运输组织协同发展历程，可为我国区域轨道交通发展提供参考。

（1）日本东京圈区域轨道交通

东京都市圈轨道交通线网由JR新干线、JR线、私铁线、地铁、有轨电车组成，呈典型环加放射并与市郊枢纽混合的结构，其发展历程如图1所示。

东京早期不允许郊区的民营铁路进入市中心，中心城区的轨道交通与郊区铁路经环形山手线的换乘站实现衔接。二战后的恢复期，日本计划将地铁向市郊延伸，但此阶段仍采用换乘站的衔接方式，加剧了山手环线换乘站的换乘压力。于是东京开始考虑采用直通运输方式，1960年，地铁浅草线与民营京成电铁间实现直通运输。此后，直通运输的线路里程逐渐增加，旅客服务质量不断提升。

图1 东京圈区域轨道交通协同运输组织发展历程

（2）巴黎都市圈轨道交通

巴黎都市圈轨道交通由普铁系统、高铁系统、地铁系统、有轨电车系统共同组成，其发展历程如图2所示。

图2 巴黎都市圈区域轨道交通协同运输组织发展历程

巴黎市郊铁路网同样存在不能进入市区的问题，旅客需换乘进入市区。随着从郊区到巴黎市区通勤数量的大幅增长，亟需建设一个新增系统来直接连接郊区和市区。当时地铁被认为已经处于饱和状态，通勤铁路也被认为是超负荷的，并且无法渗透到市中心。1960年，区域快速铁路网络开始建设，服务于联系日益紧密的外围核心区与市区以及郊区与郊区之间。

（3）德国莱茵-鲁尔区区域轨道交通

莱茵-鲁尔区区域轨道交通由市郊（S-Bahn）线､区域快线（Regional-Express）、区域普快线（Regional Bahn）、轻轨线（Stadtbahn）、有轨电车（Streetcar､StraBenbahn､Tram）线、悬挂式轨交和磁悬浮（H-Bahn）线路组成，其发展历程如图3所示。

图3 莱茵-鲁尔区区域轨道交通协同运输组织发展历程

莱茵-鲁尔都市区轨道交通线路与国家铁路的轨道标准统一，城际铁路、区域铁路、市郊铁路、地铁，甚至有轨电车可共用线路。在长期的地铁系统规划中，提供了由市郊线和有轨电车线转向成熟地铁系统的一种中间过渡模式。该区域内所有公共交通的线路、时刻表、票价、票款分配、服务质量等均由VRR公交联盟（Verkehrsverbund Rhein-Ruhr）控制和监管。

分析以上典型区域轨道交通运输组织协同发展的情况，可总结出以下特征：

① 轨道交通运输组织发展基本经历了“单一制式下的独立运输—多制式并存下的独立运输—多制式并存下的协同运输”过程。

② 通过构建多层级、多制式的轨道交通复合网络，满足旅客多样化的出行需求。不同制式轨道交通具有不同的技术特征，其功能定位和服务范围也有所不同，通过构建多种制式并存的区域轨道交通网络，实现各制式服务范围的补充、协调，充分发挥不同制式的效能，高效服务于旅客出行和区域发展。

③ 轨道交通线网基本确定后，通过运输组织协同提高运输效率和服务质量。采用直通运营、快慢车运营等灵活的运输组织手段，实现运力资源的合理分配与运用，以旅客需求为导向逐步实现不同层级、不同制式轨道交通系统间的互联互通。

④ 通过实现协同的运营管理为协同运输组织提供保障。运营主体各司其职，由统一的管理机构或协调机构对参与运营的各主体进行监督管理和协调运营，通过政策措施的制订和协调管理机制的建立，促进区域轨道交通的一体化协同运输。

2 我国区域多制式轨道交通运输组织协同需求

目前，我国大中型城市已经基本建立了集城市轨道交通、市域铁路、城际铁路、干线铁路于一体的多层次、多制式区域轨道交通网络，旅客跨制式出行基本通过换乘实现，快慢车运输、直通运输等组织模式处于起步研究阶段，轨道交通复合网络总体效能和服务能力未得到充分发挥。结合世界轨道交通运输组织协同发展的趋势和经验，实现运输组织协同已成为当前的重点任务。

轨道交通协同运输组织以运输需求为导向，充分利用各制式既有设施设备和运力资源，按照运输计划完成运输任务，通过协同组织指挥及协同安全保障实时高效处理运输过程中出现的各种情况，从而实现运能高效利用、服务质量提升。因此，区域多制式轨道交通运输组织协同主要包含以下需求：

（1）客流精准预测

客流实时动态的精准预测与把握是系统全生命周期内的线网规划、计划编制与调整等的基础，在很大程度上决定了区域轨道交通的协同运输组织方法。

（2）区域路网优化布局与运力资源协同配置

区域路网优化布局和系统运力资源协同配置为协同运输组织提供了基础设施设备条件，对扩大区域轨道交通协同运输与服务范围、更好的满足不同种类的客运需求、合理调配以及充分利用运输能力、节约设备设施资源以及提升系统的总体效能和服务质量都具有十分重要的作用。

（3）运输计划协同编制

运输计划是开展运输组织工作的重要依据。区域轨道交通不同制式运输计划编制的影响因素不同，需要构建集多种制式于一体的运输方案编制体系，实现不同运营阶段、不同运营场景下的运输计划协同编制。

（4）组织指挥协同决策

在运输计划协同编制的基础上，各运营主体的决策者需要从最大限度节省旅客旅行时间和提高运输效率的目标出发，结合各制式特征，根据区域轨道交通运输态势及其演化机理，通过多制式轨道交通间的协同组织指挥，实现运输态势良性发展。

（5）安全保障协同

相比于单一制式轨道交通系统，区域轨道交通系统具有多制式复合的特点，面临的风险情况更加复杂多变，同时运营管理的难度也大大增加。因此，运营公司在进行运营管理和风险管理时，需建立完善的多制式安全管理体系和管理制度，按照相应规章制度规范地进行运营工作。

（6）信息共享

各制式轨道交通需利用实时客流信息、列车运行信息等，实时调整运输方案，适应动态运输需求，充分利用路网总体运能。同时，轨道交通系统需利用共享信息为旅客提供全程化、个性化、智能化的信息服务，从而有序引导旅客出行，高效开展协同运输组织工作。

3 我国多制式轨道交通的协同等级

纵观世界轨道交通协同运输发展的历程，轨道交通的发展始终以保障运输安全、提高运输效率、降低运输成本、提高服务质量为目标，不断提高线网规划、运输组织等方面的协同程度。根据区域轨道交通在线网规划与建设、信息共享、运力资源配置、应急响应与安全保障、协同管理等方面的协同程度及需求，可以将多制式轨道交通协同程度依次分为四个等级：

（1）0级：独立运营

独立运营为多制式轨道交通协同的最低等级，各制式轨道交通维持原有的运营模式，彼此之间相互独立。

（2）I级：信息共享

各制式轨道交通仍然维持独立运营模式，实现基本客流信息、基本列车运行信息的共享与互通。

（3）II级：互联互通

互联互通协同运营下各制式轨道交通实现了基础设施互联互通、运力资源共享、运输计划协同编制以及日常组织指挥和应急安全保障协同决策。

（4）III级：智能联动

多制式轨道交通智能联动层级中，通过人工智能和大数据等技术，实现各制式轨道交通智能互联、信息共享以及计划编制、调度决策、组织指挥、应急救援等的智能化。

各协同等级的内涵及特征如表1所示。

表1 我国多制式轨道交通协同等级

Tab.1 Coordination level of China’s multi-standard rail transit

续表1

4 区域多制式轨道交通运输组织协同模式

根据多制式轨道交通运营主体、线网布局、运力资源配置、信息服务、安全保障、组织指挥等方面的协同形式及决策流程，将多制式轨道交通运输组织协同模式分为以下五种：

（1）完全独立模式

完全独立模式下各制式轨道交通维持原有的运营模式，彼此之间规划建设、运营管理、调度指挥、信息服务、应急管理均相互独立。

完全独立模式实施难度低，各制式轨道交通根据制式内部需求独立进行相关决策。

（2）信息共享模式

信息共享模式下各制式轨道交通运营主体不同，各制式轨道交通实现基本客流信息与列车运行信息的共享，但仍然维持独立运营模式。各制式轨道交通根据共享信息独立编制运输计划，再根据实时列车运行信息、实时客流信息及时调整列车运行。旅客通过手机等信息获取终端获取出行全过程的列车时刻表、列车实时运营状况、换乘指引、故障情况等共享信息，合理规划出行。

该模式实施的关键在于共享信息的高效管理与使用，可通过建立信息共享平台实现，不同制式轨道交通系统将各自的信息上传至信息共享平台，并从信息共享平台获取其余制式轨道交通信息。该模式协同机理如图4所示。

（3）合作协同模式

合作协同模式下所有主体之间信息共享，合作主体在运输计划编制、运力资源配置、组织指挥等一个及以上方面实现协同，合作主体以同等地位参与协同内容的制定，对协同内容具有同等决策权；对于未纳入协同层面的内容，各主体可自主决策。合作主体可以是两个或多个，参与合作的主体，其协同内容由所有合作主体共同协商决策。如国铁与地铁采用合作协同模式并在运输计划编制方面实现协同时，合作主体即为国铁与地铁，合作内容为运输计划的编制，二者在日常运营组织、调度指挥等方面可相互独立，未参与协同的城际铁路等制式可独立决策。

合作协同模式实施的关键是确定合作主体以及合作内容。确定的目标是提升区域轨道交通复合系统总体运能、运输效率以及服务质量，确定的依据是旅客出行需求及合作主体运营管理需求。合作协同模式协同机理如图5所示。

图5 合作协同模式协同机理图

（4）主辅协同模式

主辅协同模式中各制式在运输组织中区分主次关系，以某种制式的轨道交通为主导，其他制式配合主导制式。主导制式考虑从属制式的主要需求及关键组织环节，进行线网布局、计划编制、运力资源配置以及组织指挥等，从属制式以主导制式的方案为前提组织运输。

主辅协同模式实施的关键是确定协同主次以及协同内容。协同主次的确定以客流需求、线网能力等情况为依据，协同内容中首先确定主导制式的线网布局、运输组织与调度指挥方案，再确定其余从属地位轨道交通的对应方案。该模式协同机理如图6所示。

（5）一体化运输组织模式

一体化运输组织模式通过各制式的有机衔接和高效配合，产生最大的协同效应，实现由单一制式向综合轨道交通系统的转变。该模式下，不同制式间线网协同布局、运输计划协同编制、运力资源共享、组织指挥与应急安全保障协同、信息完全共享，实现客运服务一体化。随着技术的发展，最终达到智能化的一体化运输组织。

一体化运输组织模式通过建立轨道交通复合系统统一的运营管理机构或运营管理协调机构，进行线网协同布局与建设、协同运营管理。模式的实施需要满足基础设施互联互通的技术要求和复合路网运能评估与运用理论的支撑，具备信息高效采集、处理与运用的技术条件，能提供运输态势实时评估与保障的技术支持。该模式协同机理如图7所示。

各种运输组织协同模式在线网规划与建设、服务质量、运力资源配置、安全保障、组织管理等方面的特征以及具有的优势、不足与实施难点如表2所示。

图6 主辅协同模式协同机理图

图7 一体化运输组织模式协同机理图

表2 运输组织协同模式的优势与不足分析表

Tab.2 Analysis of advantages and disadvantages of transportation organization coordination modes

续表2

对于不同发展阶段下的区域多制式轨道交通复合系统，因其旅客出行需求、线网规模、技术水平、组织管理水平、运营管理体制机制等情况不同，需采用适宜的运输组织协同模式。

当区域多制式轨道交通处于起步阶段时，轨道交通制式单一，线网结构简单，线网规模相对较小，各制式轨道交通以自身发展为主，较少从旅客全出行链角度出发考虑资源共享和运输组织的协同配合。因此，此阶段可首先采用完全独立模式，然后向信息共享模式过渡，从而在有限的基础设施条件下尽可能地提高协同等级，提升服务质量。

当区域多制式轨道交通处于快速发展阶段时，轨道交通制式种类增加，线网规模大幅提升。各制式间换乘客流激增，旅客对服务质量的要求提高。轨道交通复合系统开始注重提升服务质量，同时注重解决运能利用不平衡、不充分的问题，要求实现信息共享，对线网规划与布局、计划编制、运力资源配置、组织指挥等方面的协同程度要求较高。因此，该阶段主要在合作协同与主辅协同两种模式之间进行选择。两种模式优势相近，选择时需综合考虑各制式发展程度、线网规模、技术水平、实施难度等因素。当各制式发展程度不均衡，线网规模差异较大时，均等合作的难度较大，适宜采用主辅协同模式。

随着区域轨道交通网络的不断完善、协同运输需求的不断增大，充分利用路网运能，最大程度地提高运输效率与服务质量已成为轨道交通复合系统的首要目标。同时随着智能技术的发展以及各制式间的边界模糊化，一体化运输组织管理体制将逐步形成，采用一体化运输组织模式能实现全面协同与智能化，充分利用路网运能、适应旅客需求。因此，当区域多制式轨道交通处于成熟完善阶段时，适宜采用一体化运输组织模式。

5 结束语

本文结合国外部分典型区域的轨道交通协同运输组织发展的特征与我国轨道交通发展的情况，分析了我国协同运输组织的主要需求。根据线网规划建设、运力资源配置、计划编制、应急与安全保障、信息交互等方面的协同情况，将轨道交通不同制式间的协同程度分为四个等级，提出了多制式轨道交通可采用完全独立、信息共享、合作协同、主辅协同以及一体化运输组织五种运输组织协同模式，分析了各种模式的协作流程。对区域多制式轨道交通处于不同发展阶段下适宜采用的运输组织协同模式进行了探讨：当区域多制式轨道交通处于起步阶段时，适宜采用完全独立模式；处于快速发展阶段时，根据线网规模、技术水平、实施难度等情况在主辅协同模式与合作协同模式之间进行选择；远期线网成熟且形成一体化管理体制时，适宜采用一体化运输组织模式。

研究区域多制式轨道交通运输组织协同模式，对系统总体运能提升、系统运力资源优化配置与运用、旅客出行服务质量提升具有重要意义，后续可对运输组织协同模式的选择理论与方法展开深入研究。

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Study on Regional Multi-standard Rail Transportation Organization Coordination Modes

PENG Qi-yuan1, 2, LUO Jie1, WEN Wen1, WEN Chao1, 2, 3

(1. School of Transportation and Logistics, Southwest Jiaotong University, Chengdu 611756, China; 2. National United Engineering Laboratory of Integrated and Intelligent Transportation, Chengdu 611756, China; 3. Railway Research Center, University of Waterloo, Waterloo N2L3G1, Canada)

Adopting an appropriate transportation organization coordination mode is an important guarantee for improving the overall efficiency and service quality of the regional rail transit system. This article summarized the characteristics of coordinated transportation organization development of some typical regional rail transit in foreign countries and the development situation of domestic regional multi-standard rail transit, and analyzed the main needs of coordinated transportation organizations. On this basis, we divided the degree of coordination of multi-standard rail transportation organizations into four levels, proposed five coordination modes of complete independence, information sharing, cooperative coordination, primary and secondary coordination, and integrated transportation organization, illustrated the collaborative forms and decision processes of each coordination mode, analyzed the suitable coordination mode of transportation organization for rail transit at different development stages. The above contents provided a theoretical basis for the integrated development of China’s regional multi-standard rail transit.

multi-standard rail transit; transportation organization; coordination level; coordination mode.

1672-4747（2020）04-0001-11

U292.4

A

10.3969/j.issn.1672-4747.2020.04.001

2020-03-11

国家重点研发计划重点专项课题（2017YFB1200701）；国家自然科学基金项目（U1834209）

彭其渊（1962—），男，重庆涪陵人，教授，博导，研究方向为运输组织优化理论与方法，E-mail：qiyuan-peng@swjtu.edu.cn

彭其渊，罗洁，文雯，等. 区域多制式轨道交通运输组织协同模式研究[J]. 交通运输工程与信息学报，2020, 18(4): 1-10, 22

（责任编辑：刘娉婷）